使用MATLAB，Simulink以及基于模型的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)把電機(jī)控制算法移植到Zynq平臺(tái)

注：參考文獻(xiàn)：“使用MATLAB來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)移植到Zynq SoC平臺(tái)”，Xilinx DSP方案部門的高級(jí)經(jīng)理Tom Hill。該文章發(fā)表在剛剛出版的第87期XCell期刊上。

工業(yè)設(shè)計(jì)人員可以使用快速原型和基于模型的設(shè)計(jì)來(lái)把電機(jī)控制算法移植到Zynq SoC平臺(tái)。

從上世紀(jì)90年代起，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)人員就已經(jīng)使用多芯片架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制和處理，在這個(gè)架構(gòu)中，由一個(gè)DSP執(zhí)行電機(jī)控制算法，高速I/O以及網(wǎng)絡(luò)處理協(xié)議在FPGA中實(shí)現(xiàn)，再使用獨(dú)立的處理器芯片來(lái)負(fù)責(zé)整體控制?，F(xiàn)在，借助于Xilinx Zynq SoC的可編程性，開(kāi)發(fā)人員可以把這些功能都集成到同一個(gè)器件中去實(shí)現(xiàn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)更多的處理任務(wù)，這樣，元器件的數(shù)量和系統(tǒng)的復(fù)雜度都降低了，在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)，提高了系統(tǒng)的性能和可靠性。

現(xiàn)在，先進(jìn)的電機(jī)控制系統(tǒng)都需要把控制算法和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)合到一起，比如EtherCAT、Profinet、Powerlink以及Sercos III，另外出于授權(quán)、維護(hù)或者遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，也需要把運(yùn)動(dòng)控制層、PLC層以及診斷層都集中在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，Xilinx的Zynq SOC平臺(tái)通過(guò)提供一個(gè)高性能的處理系統(tǒng)和可編程的邏輯單元來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件性能加速，從而可以把上述這些復(fù)雜的系統(tǒng)功能都實(shí)現(xiàn)到一個(gè)器件中。

在處理能力方面，Zynq SoC平臺(tái)集成了一個(gè)雙核 ARM Cortex-A9 MPCore，該處理器包括一個(gè)NEON SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）協(xié)處理器和浮點(diǎn)擴(kuò)展單元，可以加速軟件的執(zhí)行。在可編程邏輯方面，Zynq器件有444000個(gè)邏輯單元和2200個(gè)DSP48 SLICE，可以提供足夠大的運(yùn)算處理能力，可編程邏輯和處理系統(tǒng)之間通過(guò)5條高速AMBA-4 AXI互連總線進(jìn)行緊耦合連接，提供了相當(dāng)于超過(guò)3000個(gè)引腳的等效帶寬。

新的控制算法需要適應(yīng)系統(tǒng)時(shí)間和系統(tǒng)變量高達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化，這就使得系統(tǒng)軟硬件的劃分變得很復(fù)雜，而基于模型的設(shè)計(jì)可以把這個(gè)任務(wù)簡(jiǎn)單化，MathWork的Simulink提供了一個(gè)框圖的環(huán)境用來(lái)做多域的系統(tǒng)仿真，它非常適合做復(fù)雜系統(tǒng)的仿真。用Simulink來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)建?？梢约铀匐姍C(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并且可以降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)：

? 降低損壞的風(fēng)險(xiǎn)-新的控制算法在產(chǎn)品上正式測(cè)試之前，可以通過(guò)仿真對(duì)它們進(jìn)行徹底的檢查，可以降低電子器件、電機(jī)和其他系統(tǒng)部件的損壞風(fēng)險(xiǎn)；

? 加速系統(tǒng)集成-支持人員必須把新的控制算法集成到產(chǎn)品系統(tǒng)中，這就意味著集成一個(gè)新的控制算法會(huì)花去大量時(shí)間，集成過(guò)程也會(huì)相當(dāng)冗長(zhǎng)；

? 降低對(duì)設(shè)備的依賴-產(chǎn)品環(huán)境自身沒(méi)有準(zhǔn)備好，比如定制的驅(qū)動(dòng)電路或者電機(jī)還沒(méi)有開(kāi)發(fā)完成，或者由于位置不同，控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員不能訪問(wèn)到產(chǎn)品環(huán)境。

因?yàn)檫@些因素，仿真可以很好地替代產(chǎn)品硬件的測(cè)試。

注：搭建電機(jī)控制應(yīng)用的完整的原型系統(tǒng)時(shí)，開(kāi)發(fā)人員可以在Simulink和Zynq SoC工作流程中配合使用Avnet Zynq-7000 SoC/Analog設(shè)備的智能驅(qū)動(dòng)套件，套件中包含最新一代的高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字隔離，可以完成高性能的電機(jī)控制和兩個(gè)千兆以太網(wǎng)絡(luò)的連接。

Avnet Zynq-7000 SoC/Analog設(shè)備智能驅(qū)動(dòng)套件

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